【摘 要】
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连年耕种和化肥不合理施用使得三江平原土壤生态功能减弱,生物多样性减少,农田生态系统保护修复迫在眉睫。生物炭以“黑色黄金”逐渐走入研究人员视野,其具有较大的比表面积和多孔性等优良特性,有利于土壤质量改良,在调节土壤理化性质的同时调理微生物种群繁殖、活力和多样性。鉴于此,建立一维垂直、水平入渗试验测定水分运移及模型参数变化并建立室内模拟培养土柱,按土壤质量的0%(CK)、1%(B1)、3%(B2)和5
【基金项目】
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黑龙江省省属高等学校基本科研业务费项目(玉米秸秆还田量对三江平原黑土区农田土壤动物群落的影响 2020-KYYWF-0272); 佳木斯大学专项类(自然科学)区域特色专项项目(水稻秸秆还田与土壤保护技术集成和示范 2020JDQYZX01);
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连年耕种和化肥不合理施用使得三江平原土壤生态功能减弱,生物多样性减少,农田生态系统保护修复迫在眉睫。生物炭以“黑色黄金”逐渐走入研究人员视野,其具有较大的比表面积和多孔性等优良特性,有利于土壤质量改良,在调节土壤理化性质的同时调理微生物种群繁殖、活力和多样性。鉴于此,建立一维垂直、水平入渗试验测定水分运移及模型参数变化并建立室内模拟培养土柱,按土壤质量的0%(CK)、1%(B1)、3%(B2)和5%(B3)一次性添加生物炭,培养90 d,于15、30、60和90 d分别采集四个时期的土壤样本,测定土壤理化性质,并采用Illumina Miseq测序技术和冗余分析研究不同添加量生物炭施入对三江平原玉米农田土壤中细菌、真菌菌群结构的影响,解析生物炭与土壤水分、养分等理化因子和微生物群落结构的关系。主要研究结果如下:(1)生物炭添加能够显著降低三江平原土壤容重,减少了土壤固相和气相容积,而显著提高土壤含水量、土壤饱和含水量、田间持水量、总孔隙度和孔隙比,增加了土壤毛管孔隙度、通气孔隙比、饱和导水率和土壤液相容积,且在添加量为3%~5%处理时对土壤物理表征影响最为明显;本试验通过R~2发现,Kostiakov模型和Philip模型均适用于试验土壤,可以很好的反映生物炭施加后土壤水分入渗过程,结合V-G模型表明,生物炭添加能够增加土壤吸渗率,降低了土壤水分饱和扩散率和非饱和扩散率,有效增强土壤持水能力。(2)随着生物炭量的添加,土壤p H值、有机质、全磷、全钾、速效磷和有效钾显著提高,土壤碱解氮(包含硝态氮)显著降低,土壤全氮变化不显著。生物炭添加对土壤原有硝化反应及氮循环有影响。(3)生物炭施用土壤时,在低比例施入水平(1%)提高了土壤细菌菌群多样性和丰富度,在高比例施入水平(3%~5%)相反,细菌以变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门为优势菌门,随生物炭输入降低变形菌门和放线菌门相对丰度,增加酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度。以KD4-96、Subgroup_6、芽单胞菌属、Haliangium、慢生根瘤菌为优势菌属,且增加KD4-96、Subgroup_6、芽单胞菌属相对丰度,降低Haliangium和慢生根瘤菌相对丰度。随着生物炭量的增加土壤真菌菌群的丰富度逐渐增加,多样性逐渐减小。真菌以担子菌门、子囊菌门和被孢霉门为优势菌门,且生物炭施用增加担子菌门丰度而降低了子囊菌门和被孢霉门相对丰度。以Tausonia、Solicoccozyma、腐质霉属和被孢霉属为优势菌属,随生物炭量增加,Tausonia和Solicoccozyma相对丰度增加而腐质霉属和被孢霉属相对丰度降低。(4)冗余分析(RDA)表明土壤容重、田间持水量、p H、有机质、全氮、全磷、饱和体积含水量的变化影响土壤微生物群落,其中田间持水量和饱和体积含水量显著影响土壤细菌菌属丰度,土壤容重、田间持水量和p H显著影响土壤真菌菌属丰度。说明生物炭施入改变土壤特性并间接驱动土壤微生物群落结构的变化。(5)在本研究中,生物炭施入增加了土壤有益细菌属丰度,如Haliangium和慢生根瘤菌,降低了土壤常见有害真菌属丰度,如镰刀菌属和曲霉菌属。因此在未来的研究中重点关注并深入探讨生物炭添加后植物功能菌和病原菌变化情况,为农业生产提供理论保障。
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